《汽车构造》教案

汽车发动机构造教案第01讲汽车总论·汽车类型·汽车总体构造及布置形式·国内外汽车工业发展·国产汽车产品型号编制规则·一、汽车类型

汽车是由自身动力装置驱动，通常是指具有4个或4个以上车轮的非轨道无架线的车辆。按用途分运输汽车轿车：按照发动机工作容积分级客车：按照车辆总长度分级货车：按照汽车的总质量分级特种运输汽车特种用途汽车：如商业售货车、医疗救护车、公安消防车、环卫环保作业车、市政建设工程作业车、农牧副渔作业车、石油地质作业车、机场作业车等竞赛汽车：F1方程式赛车、拉力赛车等娱乐汽车：旅游汽车、高尔夫球场专用车、海滩游玩汽车等按动力装置类型分活塞式内燃机汽车分为汽油车、柴油车，代用燃料车（代用燃料包括：合成液体石油、液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG），醇类等）电动汽车以电动机为驱动机械，以蓄电池为能源的车辆复合车有发动机和蓄能器两套动力源，克服了电动车续驶里程短和车速低的缺点以及内燃机汽车油耗大和排放污染严重的缺点燃气轮机汽车1964年燃气轮机汽车以648.71km/h创造当时陆上车辆（靠车轮驱动）速度最高世界记录（不依靠喷气驱动）喷气式汽车依靠航空发动机或火箭发动机及特殊燃料，并以喷气反作用力驱动的轮式汽车，1997年以1227.73（超过声速）创造陆上车辆速度最高世界记录按行使道路条件分公路用车适用于公路和城市道路上行驶的汽车非公路用车一类是只能在矿山、机场、工地、专用道路等非公路地区使用另一类是能在无路地面上行驶的高通过性的越野汽车按行驶机构的特征轮式汽车分为非全轮驱动和全轮驱动两种类型。汽车驱动型式一般用符号“nxm”（车轮总数x驱动轮数）表示：

4x2非全轮驱动，如普通轿车及大多数汽车

4x4全轮驱动轻型越野汽车，如BJ2020型

6x6中型越野汽车，如EQ2080型其它型式的车辆如履带式、雪橇式、气垫式、步行机械式车辆等1.运输汽车根据GB3730.1-88的规定，按照汽车的主要特征参数分级，如表0-1所示。表0-1运输汽车分级（1）轿车：载送2～9个乘员，主要供私人用的汽车分级发动机工作容积/L示例微型

普通级

中级

中高级

高级≤1.0

>1.0～≤1.６

>1.６～≤２.５

>1.５～≤４.０

>４.０奥拓、夏利TJ7100、福莱尔

捷达王、富康988、羚羊7130

桑塔纳2000、奥迪100、红旗CA7220

丰田皇冠、奔驰300、别克新世纪

卡迪拉克、林肯、奔驰S600、奥迪A6（2）客车：载送9个以上乘员，供公共服务用汽车分级车辆总长度/m示例微型

轻型

中型

大型

特大型≤3.5

>3.5～≤7

>7～≤10

>10～≤12

铰接式客车与双层客车松花江HF6350、天津大发

解放CA6440、金杯RZH114L

四平SPK6900、金华BK6820LPG

黄海DD6112H、上海SK6115KHP2

上海SK6142铰接式客车、金陵JLY6121双层客车（3）货车：载送货物的运输汽车分级汽车总质量/t示例微型

轻型

中型

重型≤1.8

>1.8～≤６

>６～≤14

>1４福田微卡、小卡、轻卡

北京BJ1041、跃进NJ1060、江铃JX1030DS

解放1091、1092、东风1090E

黄河1171、斯太尔重型汽车2.部分车型示例轿车客车货车特种用途汽车娱乐汽车竞赛车·二、汽车总体构造及布置形式1.汽车总体构造发动机：一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火系、起动系等部分组成。底盘：接受发动机的动力，使汽车运动并按驾驶员的操纵正常行驶。包括：传动系、行驶系、转向系、制动系。车身：是驾驶员工作及容纳乘客和货物的场所，由本体、内外装饰和车身附件等组成。电器设备：由电源、发动机起动系和点火系、照明和信号装置、空调、仪表和报警系统、辅助电器及现代汽车电子技术等组成2.汽车的总布置形式按发动机相对于各总成的位置，汽车有下列几种布置形式：发动机前置后轮驱动（FR）：传统布置形式，大多数货车、部分轿车和客车采用。

发动机前置前轮驱动（FF）：大多数轿车盛行。发动机后置后轮驱动（RR）：大、中型客车盛行，少数轿车也采用。发动机中置后轮驱动（MR）方程式赛车和大多数跑车采用，少数大、中型客车也采用。全轮驱动（nWD）越野汽车特有的布置形式，通常发动机前置，在变速器之后的分动器将动力分别输送给全部驱动轮·三、国内外汽车工业发展（一）汽车发展史话·1769～1918告别马车和蒸汽车，汽车时代开始

·1769年，2缸蒸汽机动力车，排量62升，最高车速4km/h

1886年，从德国人卡尔.本茨制造的以汽油为动力的三轮车开始，人类真正进入汽车时代。同时，戴姆勒展示了自己的第一辆4轮车。

·1919～1945汽车史的黄金时代，汽车进入工业化大生产阶段

·1946～1969经历了战后恢复期，汽车成为工业国家的主导产业，加速了汽车的平民化

·1970～1989石油危机，废气污染，导致小型车的大发展

·1990～至今安全、环保成为主题，汽车更多应用电子技术，信息时代的e人类仍离不开汽车（二）汽车工业概况1.全球汽车工业状况·汽车诞生在欧洲。

·20世纪初至70年代，美国汽车工业一直遥遥领先。

·1980～1993年，日本汽车工业后来追上，跃居世界第一。

·目前，全球汽车年产量超过5000万辆，其中日、美两国的产量约占50%，欧洲各国总计占30%。2.全球汽车保有量及普及率·目前，全世界汽车保有量已超过6亿辆。

·汽车普及率最高的是美国，平均1.3人拥有一辆；

·西欧、北欧、日本等发达国家，平均2～3人拥有一辆；

·东欧、俄罗斯、韩国等国家，平均约10人拥有一辆。3、近代汽车工业发展模式·美、日、欧洲等发达国家发展汽车工业的特点是：

资本集中垄断，利用高科技优势进行自主开发，采取大批量和规模经济的生产方式。例如美国的通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司垄断了美国90%以上的汽车生产；西方八大集团（通用、福特、丰田、大众/奥迪、日产、菲亚特、标志/雪铁龙、雷诺）的轿车产量，占世界轿车产量将近70%。

·一些新兴工业国家（韩国、西班牙）或发展中国家（巴西、中国、墨西哥）发展汽车工业的特点是：

优惠政策吸引外资，引进先进的技术和装备，进口全拆散（CKD）或半拆散（SKD）零件装车，逐步提高零件的国产化率，在逐步增强自主开发能力之后，再打入国际市场参与竞争。

4.中国汽车工业发展状况

·建国初期25年（1953～1978）“缺重少轻，轿车基本空白”，文革使汽车工业连续８年（1970～1977）停滞不前，1978年汽车产量为14.9万辆。

·改革开放后15年（1978～1993）汽车工业进入大发展阶段，1985年提出要把汽车工业作为支柱产业的方针，1987年确定了发展轿车工业来振兴我国汽车工业的战略，确定了轿车一汽、二汽、上海三大基地及天津、北京、广州三小基地。1993年汽车产量为129.7万辆跃居世界第12位。

·新的发展时期（1994年以后）1994年颁布《汽车工业产业政策》，作为指导我国汽车工业发展的纲领，汽车工业的目标：20XX年汽车产量达600万辆，成为国民经济的支柱产业；从与国外联合开发逐步走向成熟的自主开发；制定政策鼓励个人购买汽车，为轿车的普及做好准备。届时，我国将步入世界汽车工业强国的行列。

（三）著名汽车公司、名牌

·通用汽车公司

美国最大也是世界最大的汽车制造商，1908年9月威廉.杜兰特创建，主要品牌有凯迪拉克、别克、雪佛兰、旁蒂克等。

·福特汽车公司

美国第二大汽车公司，世界十大汽车公司中名列前茅，1908年开发了举世闻名的T型车，把汽车从富人的专用品变成了普通百姓的交通工具，首创了汽车的大规模的流水生产方式。主要品牌有福特、美洲狮、林肯、雷鸟等。

·戴姆勒—克莱斯勒汽车公司

克莱斯勒美国第三大汽车公司，1998年4月合并为戴姆勒—克莱斯勒汽车公司，主要品牌有道奇、顺风、克莱斯勒、鹰.吉普等。

·丰田汽车公司

日本最大的汽车公司，仅次于通用汽车公司，和福特汽车公司争雄的世界有名的世界十大汽车公司之一。主要品牌花冠、凌志、皇冠等。

·日产汽车公司

日本第二大汽车公司（又称尼桑），世界十大汽车公司之一。还特别重视汽车生产装备的更新，在实现生产过程自动化和应用机器人方面，一直处于世界领先水平。主要品牌有蓝鸟、公爵、王子。

·大众汽车公司

德国最大也是欧洲最大的汽车公司，是世界十大汽车公司之一。主要品牌有甲壳虫、高尔夫、帕萨特、捷达、奥迪等。

·梅赛德斯—奔驰汽车公司

世界十大汽车公司之一，1926年，戴姆勒—奔驰股份公司合并成立，下属的子公司有：德国通用电器公司、MTV航空发动机公司、道尼飞机制造公司、专门生产军工产品的MBB公司，所以就把专门生产汽车的子公司成为“梅赛德斯—奔驰汽车公司”，梅赛德斯是戴姆勒公司早期著名的名牌轿车。

·宝马汽车公司

世界著名的名牌轿车公司，1994年收购英国罗孚汽车公司，“座奔驰，开宝马”。

·标志—雪铁龙汽车公司

法国第一大汽车公司，是世界十大汽车公司之一。

·雷诺汽车公司

法国第二大汽车公司，是世界十大汽车公司之一，已成为法国汽车业的领袖。

·菲亚特汽车公司

意大利最大的汽车公司，是世界十大汽车公司之一。·四、国产汽车产品型号编制规则·按照国标9417-88，国产汽车型号应能表明汽车的厂牌、类型和主要特征参数等。该型号由拼音字母和阿拉伯数字组成，包括首部、中部、尾部。

·首部——企业代号，如CA代表一汽，EQ代表二汽，SH代表上海等。

·中部——由4位数字组成，分为首位、中间两位和末位数字三部分。其含义见表0-2所示。

·尾部——专用汽车分类或变型车与基本型的区别，如X表示厢式汽车、G表示罐式汽车等。表0-2国产汽车型号中部4位数字含义首位数字（1-9）

表示车辆类别中间两位数字

表示汽车主要特征参数末位数含义1-载货汽车汽车的总质量②企

业

自

定

产

品

序

号2-越野汽车3-自卸汽车4-牵引汽车5-专用汽车①6-客车数字x0.1m表示车总长度③7-轿车数字x0.1L表示发动机排量8-半挂车或专用半挂车汽车的总质量①专用汽车指专用货车或特种作业汽车

②汽车总质量大于100t时允许用3位数字

③汽车长度大于10m时，计算单位为m·示例：·CA1092：一汽货车，总质量9t，末位2表示在原车型CA1091上改进型。

·CA7226L：一汽轿车，发动机排量2.2升，6表示安装5缸发动机的车型，L表示加长型。第02讲发动机基本术语和类型·发动机基本术语·发动机的分类·发动机的总体构造·一、发动机的基本术语（视频）上止点（TopDeadCenter）活塞离曲轴旋转中心最远的位置下止点（BottomDeadCenter）活塞离曲轴旋转中心最近的位置活塞行程S上下止点之间的距离曲柄半径R曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离气缸工作容积VS(单位L)活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积VS=(π/4)D2·S×10-3燃烧室容积(余隙容积)VC活塞位于上止点时,活塞顶部上方的容积气缸最大容积Va活塞位于下止点时,活塞顶部上方的容积

Va=VS+VC内燃机排量VL所有气缸的工作容积之和VL=i×VS压缩比ε气缸最大容积Vt与燃烧室容积VC之比

ε=1+VS/VC

ε越大,循环热效率越高

汽油机7～9，柴油机14～22工作循环发动机完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环四行程发动机曲轴转两圈（720°），活塞上下往复运动四次，完成一个工作循环的发动机二行程发动机曲轴转一圈（360°），活塞上下往复运动两次，完成一个工作循环的发动机·二、发动机的分类1.根据所用燃料分类·柴油机：以柴油为燃料，进气过程中进入汽缸的是纯空气，压缩终了时喷入柴油，柴油与空气在汽缸内混合，由于空气经压缩后所达到的温度能引起柴油的自燃，这种内燃机也称为压燃式内燃机·汽油机：以汽油为燃料，空气与汽油在气缸外混合，形成可燃混合气后进入气缸，经压缩后依靠火花塞产生电火花引起燃烧·煤气机：汽油机进行适当的改进2.按照冲程数分类·二冲程发动机、四冲程发动机3.按气缸数分类·单缸发动机、多缸发动机4.按气缸排列方式分类·直列立式、直列卧式、V型发动机5.按冷却方式分类·风冷发动机、水冷发动机6.按进气方式分类

·增压发动机、非增压发动机7.按着火方式分类·点燃式发动机、压燃式发动机8.按用途分类·固定式发动机、移动式发动机·三、发动机的总体构造1．机体与气缸盖机体：骨架作用，安装各个机构和系统，包括气缸体、油底壳、曲轴箱气缸盖：组成燃烧室，布置各零件2.曲柄连杆机构组成：活塞、连杆、曲轴三部分，包括活塞连杆组和曲轴飞轮组作用：将活塞的往复直线运动——曲轴的旋转运动对外输出动力3.供给系统组成:燃油供给系统和进、排气系统作用：将燃油和空气及时地供给气缸，并将燃烧后的废气及时排除4.配气机构功用：定时开启和关闭进排气门主要部件：气门组、传动组5.点火系统功用：汽油机和煤气机所采用，点燃混合气主要部件：火花塞、点火线圈、断电器、分电器6．冷却系功用：防止发动机过热，及时散发热量分类：风冷系、水冷系水冷系主要部件：水泵、风扇、水箱、节温器7．润滑系功用：润滑、冷却、清洁、密封、防腐润滑方式：飞溅润滑：靠曲轴等旋转部件飞溅起的油滴润滑

压力润滑：靠润滑系统建立起的油压经过各个油道润滑各零部件油雾主要部件：集滤器、机油泵、滤清器、各种阀体等8．起动系功用：内燃机不能自行起动，借助外力使之运转主要部件：起动机、空气压缩机等第03讲发动机简单工作原理·四冲程汽油机工作原理·四冲程柴油机工作原理·二冲程发动机工作原理·一、四冲程汽油机工作原理1.四冲程汽油机工作原理（视频）·四冲程发动机在活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气四个过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程，因此，活塞行程可分别用四个过程命名。2.四冲程汽油机工作循环·第一冲程：活塞由上止点移到下止点，即曲轴由0°转到180°，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。

·第二冲程：下止点—上止点，180°～360°，气体被压缩，进排气门均关闭。

·第三冲程：上止点—下止点，360°～540°，气体膨胀，进排气门均关闭。

·第四冲程：下止点—上止点，540°～720°，废气被排出，排气门打开。3.四冲程汽油机工作过程（1）进气行程·指由进气门开启到进气门关闭。

·进气提前角：进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）。

·进气晚关角：活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角（利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的空气充入气缸）。

·进气终了时刻：

气缸压力p：0.08~0.09MPa<大气压

气缸温度T：320~380K（2）压缩行程·指由进气门关闭到活塞移到上止点（成为压缩上止点）为止。

·进排气门都关闭。

·活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力温度都升高

·压缩终了时刻：

气缸压缩压力p：0.8~1.5MPa

气缸温度T：600~750K（3）作功行程（燃烧及膨胀行程）·在压缩上止点前10~15°CA，火花塞跳火，点燃可燃混合气，形成火焰中心。

·高温高压燃气推动活塞下行，对外作功。

·进排气门都关闭。

·作功行程中：

燃气最大压力p：3.0~6.5MPa

最高温度T：2200~2800K

·作功行程结束时：

气缸压力p：0.35~0.5MPa

气缸温度T：1200~1500K（4）排气行程·从排气门开启到排气门关闭的时刻

·排气提前角：在活塞到达下止点之前与下止点之间的曲轴转角。

·排气晚关角：在上止点与排气门关闭这一时期曲轴所转过的角度。

·在活塞到达下止点之前30~80°CA，膨胀行程还没有结束的时刻就将排气门打开。（原因：气门有一定的开启时间，利用压差,使排气彻底，利用气流的惯性多排出一部分废气，减少残余废气）

·气门重叠角：在排气门关闭之前，进气门就已打开，进排气门同时开启时期所对应的曲轴转角

·排气终了时：

气缸压力p：0.105~0.12MPa

气缸温度T：900~1100K4.四冲程汽油机示功图·ra段曲线：进气行程

·ac段曲线：压缩行程

·czb段曲线：作功行程

·br段曲线：排气行程·二、四冲程柴油机工作原理1.四冲程柴油机工作原理（视频）（1）进气行程

·在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净空气。由于柴油机进气系统阻力较小，残余废气的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的压力较高，约为0.085~0.095Mpa，温度约为310~340K。

（2）压缩行程

·因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时气体压力可高达3~5Mpa，温度可高达750~1000K。（3）作功行程

·在压缩行程结束时，喷油器将柴油喷入燃烧室，柴油雾化迅速与空气混合形成可燃混合气。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，柴油被压燃。

·高温高压燃气推动活塞下行，对外作功。

·在作功行程中，燃烧气体的最大压力可达6~9Mpa，最高温度可达1800~2200K。做功结束时压力约为0.2~0.5Mpa，温度约为1000~1200K。（4）排气行程

·排气行程与汽油机类似，排气终了时气缸内残余废气压力约为0.105~0.12Mpa，温度为700~900K。2.四冲程柴油机示功图·ra段曲线：进气行程

·ac段曲线：压缩行程

·czb段曲线：作功行程

·br段曲线：排气行程·三、二冲程发动机工作原理1.曲轴箱扫气式二冲程汽油机工作原理（视频）·二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程即曲轴旋转一圈的时间内完成的。·结构：没有进排气门，换气是通过三个孔（进气孔、排气孔、扫气孔）来实现的。

（1）工作过程1）上行冲程（第一行程）：活塞由下止点移至上止点，·下止点时：进气孔被关闭，排气孔和扫气孔开启，气缸扫气；

·活塞上移，关闭扫气孔，停止扫气，排气孔尚未关闭，继续额外排气；

·活塞关闭排气孔，气缸气体被压缩，直至到上止点；

·活塞到达上止点前，上行到进气孔打开时，新鲜混合气进入曲轴箱（曲轴箱容积增大形成真空）。2）下行冲程（第二行程）：活塞由上止点移至下止点·压缩行程终了时，点火，温度、压力上升，活塞下行作功；此时排气孔和扫气孔被活塞关闭，进气孔开启，混合气继续进气曲轴箱，直至活塞关闭进气孔。

·活塞下移，排气口先开，作功行程结束，进行先期排气；

·扫气孔打开，曲轴箱被预压缩的混合气进入气缸，进行扫气。（2）二冲程汽油机的示功图·a表示排气孔关闭

·ac为压缩过程

·czb为作功过程

·在b点排气孔打开

·bf为先期排气阶段

·在f点扫气孔开启

·fdh段为扫气过程

·在h点扫气孔关闭

·ha为额外排气阶段2.带扫气泵的气门-气孔式二冲程柴油机工作原理（视频）1）上行冲程（第一行程）：活塞由下止点移至上止点，·下止点时：进气孔，排气门开启，扫气泵扫气；

·活塞上移，关闭进气孔同时排气门也关闭，气缸气体被压缩，直至到上止点；2）下行冲程（第二行程）：活塞由上止点移至下止点·压缩行程终了时，高压柴油喷入气缸压燃，活塞下行作功；

·活塞下移2/3行程时，排气门先开，排气；

·活塞继续下移，进气孔打开，扫气泵扫气直至活塞上移时关闭进气孔3.二冲程与四冲程发动机的比较（1）曲轴每转一周完成一个工作循环，做功一次。当曲轴转速相同时，二冲程发动机单位时间的做功次数是四冲程发动机的两倍。由于曲轴每转一周做功一次，因此曲轴旋转角速度比较均匀。

（2）二冲程发动机换气过程时间短，仅为四冲程发动机的1/3左右。另外，进排气过程几乎同时进行，利用新气扫除废气，新气可能流失，废气也不易清除干净。

（3）曲轴箱换气方式二冲程发动机因为没有进排气门，结构大大简化。

（4）综上所述，二冲程优缺点可概括如下：

·优点：功率大、运转平稳、配气机构简单

·缺点：作功冲程多、机件受热程度增加、经济性差、燃油消耗率高、润滑条件差第04讲发动机性能指标·发动机主要性能指标·发动机速度特性和负荷·内燃机产品名称和型号编制规定·一、发动机主要性能指标·主要性能指标（发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准）1.动力性指标·

概念：指内燃机对外作功能力的指标（1）有效转矩Te：曲轴传给汽车传动系的转动力矩。单位：N·m（2）有效功率Pe:发动机曲轴的输出功率

Pe=Te(2πn/60)×10-3(KW)·Te—有效扭矩，单位为N·m

·n—曲轴转速，单位为r/min

（3）曲轴转速：指曲轴每分钟的转数，通常用n表示，单位为r/min

（发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速）2.经济性指标·概念：通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能（1）有效燃油消耗率be：发动机每发出一千瓦有效功率在一小时内所消耗的燃油量

be=(B/Pe)×10-3(g/(KWh))·B—每小时的燃油消耗量，kg/h

·Pe—有效功率，kW3.环保性能指标（1）有害排放物：对汽油机，主要是废气中的CO和HC的量；对柴油机，主要是废气中的NOx和颗粒的排放量（2）发动机的噪声：是汽车噪声的主要来源，约占城市噪声的75%·二、发动机的速度特性和负荷

发动机的主要性能指标随工况而变化的关系称为发动机特性，这种关系以曲线的形式表示，称为发动机特性曲线。奥迪1001.8L轿车发动机外特性1.速度特性·概念：指发动机的主要性能指标有效转矩Te、有效功率Pe、燃油消耗率be随其转速变化而变化的关系。包括发动机外特性和发动机部分特性（1）发动机外特性：指节气门全开时的速度特性。发动机的外特性表示了发动机所具有最高动力性能（2）发动机部分特性：指在节气门不全开的任意位置所得到的速度特性2.发动机负荷·概念：发动机在某一转速发出的有效功率与相同转速下所发出的最大有效功率的比值，以百分数表示·工况a：负荷为0

·工况b：负荷·工况c：负荷（32/45）×100%

·工况d：负荷（45/45）×100%（发动机全负荷）·Ⅰ—外特性

·Ⅱ—部分特性

·Ⅲ—部分特性·三、内燃机产品的名称和型号编制规定（1）GB725-91规定·首部：产品特征代号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需经行业标准化归口单位核准、备案。

·中部：由缸数符号、气缸布置形式符号、冲程符号和缸径符号组成。

·后部：结构特征和用途特征符号，分别按上表规定。

·尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。（2）示例·柴油机：

12V135ZG：12缸、V型、四冲程、缸135径mm、水冷增压、工程机械用

6E430SDzZCz：6缸、二冲程、缸径430mm、水冷、可倒转、船用主机、右机基本型·汽油机：

1E65F：单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型

4100Q：四缸、四冲程、缸径100mm、水冷、汽车用第05讲曲柄连杆机构组成与功用·曲柄连杆机构的功用

·曲柄连杆机构的组成

·曲柄连杆机构的受力分析

·一、曲柄连杆机构的功用（视频）（1）把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，从而向工作机械输出机械能（2）在做功冲程将燃料燃烧产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴的旋转运动而对外输出动力（3）在其他三个辅助冲程中，将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动，为做功冲程做准备·二、曲柄连杆机构的组成（1）机体组

·主要包括气缸体、曲轴箱、气缸套、气缸垫等不动件。机体是内燃机的骨架，除了作为气缸套以及曲柄连杆机构运动件的支撑外还可安装气缸盖、配气机构和驱动机构的机件以及各辅助系统的一些附件，并以其支座安装在车辆上，同时机体内部还设有冷却水道和润滑油道。因此结构复杂。（2）活塞连杆组

·主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等运动件。将燃气爆发压力传递给曲轴，将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。（3）曲轴飞轮组

·主要包括曲轴、飞轮等。将转矩和转速均匀输出对外作功·三、曲柄连杆机构的受力分析1.气体作用力·在工作循环中，气体压力是不断变化的。气体压力使气缸盖承受向上推力，活塞顶承受向下压力，活塞侧面和气缸壁间有侧压力，活塞销、连杆杆身、曲柄销处及曲轴主轴颈处均承受压力，曲轴还承受弯曲力矩和扭转力矩。（1）作功行程·Fp—燃气压力

·Fp1—连杆分力

·Fp2—侧压力

·FR—压紧力

·FS—曲轴旋转力（2）压缩行程·F´p—气体压力

·F´p1—连杆分力

·F´p2—侧压力

·F´R—压紧力

·F´S—旋转阻力2.往复惯性力和离心力（1）往复惯性力

·是指活塞组件和连杆小头在气缸内做往复运动所产生的惯性力，其大小与机件的质量及加速度成正比，其方向与加速度方向相反。活塞从上止点向下运动时，速度由零开始作加速运动，至接近中部时速度最大，这一段惯性力向上；然后作减速运动，惯性力向下至下止点速度为零。（2）离心力（旋转惯性力）

·是指曲柄、连杆轴颈、连杆大头等围绕曲轴轴线做圆周运动产生的离心惯性力，简称离心力。其大小与运动件的质量、旋转半径、角速度的平方成正比，其方向总是背离曲轴中心向外，离心力使连杆大头的轴瓦和曲柄销、曲轴主轴颈及轴承受到又一附加载荷，增加他们的变形和磨损。

（3）活塞在上半行程时（向下运动）·Fj—惯性力（向上）

·Fc—离心力

·Fcy—上下振动

·Fcx—水平振动（4）活塞在下半行程时（向下运动）·F´j—惯性力(向下)

·F´c—离心力

·F´cy—上下振动

·F´cx—水平振动3.各运动件表面的摩擦阻力（相对运动）

·互相接触的表面相对运动时都存在摩擦力，其大小与正压力和摩擦系数成正比，其方向与相对运动的方向相反。摩擦力的存在是造成配合表面磨损的根源。第06讲机体组·气缸体

·气缸盖

·气缸盖罩与气缸衬垫·油底壳

·一、气缸体·

气缸体是发动机的基体和骨架，称为气缸体—曲轴箱。气缸体往往与曲轴箱铸成一体，通常简称气缸体。1.气缸体的工作条件（1）工作条件

·气缸体提供构成活塞运动的空间——气缸，以及为气缸进行冷却的空间（水套和散热片）。气缸体承受气缸内气体压力和曲柄连杆机构运动产生的惯性力所造成的拉伸载荷、纵向弯曲载荷，受力复杂。同时，气缸与高温燃气接触，工作面热负荷高，摩擦磨损问题严重。（2）材料要求

·要有足够的刚度

·热负荷高的部位要进行适当的冷却

·与各运动部件构成摩擦副的部位，要有很好的耐磨和减磨性能（3）气缸体的材料

·铸铁材料：为提高其强度和耐磨性，加入少量的合金元素，如：镍、铬等

·铝合金：质量轻，导热性好2.气缸体的结构型式（1）平底式（2）龙门式（3）隧道式概念：曲轴轴线与缸体下平面共面曲轴轴线高于缸体下平面主轴承座、盖为一体特点：便于机械加工但刚度较差刚度强度较好但工艺性较差结构刚度大但最重应用：多用于中小型发动机。如夏利、富康发动机，BJ492Q中型及重型车用发动机。如捷达/高尔夫发动机，CA6102机械负荷大柴油机。如6135Q滚动主轴承·

平底式

·龙门式

·

隧道式3.气缸的排列方式（发动机形式）（1）气缸直列式（视频）

·结构简单、加工容易、长度较大、高度较大，一般多用于6缸以下发动机（2）气缸V型式（视频）

·缩短长度、缩短高度、刚度增加、重量减轻，形状复杂、宽度加大、加工困难，一般多用于8缸以上发动机（3）气缸对置式（视频）

·高度较小、布置方便，对风冷发动机有利4.气缸的结构形式（有无气缸套）（1）无气缸套

·气缸套与气缸体为一体，广泛应用于强化程度不高的轿车用汽油机中，合金铸铁缸体（2）湿式缸套（视频）

·缸体铸造方便容易拆卸更换冷却效果较好刚度较差，易漏气和漏水。

·用合金铸铁制造的湿式缸套壁厚一般为5~9mm，利用缸套的上、下定位环A、B实现其径向定位，轴向定位靠缸套上方凸缘与气缸体顶部的支撑面C实现。

·一般用于普通铸铁或铝合金缸体（3）干式缸套（视频）

·气缸套不与冷却液接触，通常压入气缸套座孔内。可分为普通干式缸套和可卸干式缸套。普通铸铁或铝合金缸体1）普通干式缸套

·与缸体紧配合、刚度较好、制造工艺复杂、拆卸困难2）可卸干式缸套·与缸体不是紧配合、可拆卸更换、上端有凸缘（4）干式缸套和湿式缸套的比较·湿式缸套：和冷却水直接接触、与缸体配合较松、壁厚5～9mm·干式缸套：不直接和冷却水接触、与缸体紧配合、壁厚1～3mm5.水冷与风冷式气缸体（盖）（1）水冷式气缸体（盖）（视频）

·利用水套中的冷却水流过高温零件的周围带走多余热量（2）风冷式气缸体（盖）（视频）

·缸体与曲轴箱分开铸造，缸体和缸盖铸有散热片。如有风扇可加强散热·二、气缸盖1.气缸盖的功用

·气缸盖密封燃烧室，和其他各部分共同形成燃烧空间，其上安装配气机构的大部分零件和喷油器或火花塞，内设冷却水路和润滑油道，进、排气道。2.气缸盖的工作条件与要求

·气缸盖承受气体力和紧固气缸盖螺栓所造成的机械负荷，同时，还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷。为保证良好密封，气缸盖既不能损坏，也不能变形。为此，气缸盖要有足够的强度和刚度。为使温度分布均匀，冷却要良好3.气缸盖的材料

·导热性好、机械强度和热强度高、铸造性能好。一般采用铝合金、灰铸铁、合金铸铁等4.气缸盖的结构型式（视频）

·气缸盖是结构复杂的箱形零件，其构造受许多结构因素的影响，如每缸气门数、凸轮轴的位置、冷却方式以及进排气道及燃烧室形状。水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式三种。·整体式：能覆盖全部气缸，缩短气缸中心距，适合于缸径小于105mm，缸数小于6的发动机。可缩短发动机总长度，刚性较差

·分块式：两个气缸或三个气缸采用一个气缸盖

·单体式：每个气缸都采用一个气缸盖，一般缸径大于140mm或风冷发动机采用。2.燃烧室（1）燃烧室基本要求

·结构经凑：（表面积/容积）要小，减小热损失，提高热效率

·能增大进气门直径或进气道通道面积：增加进气量，提高发动机转矩和功率

·能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧

·汽油机燃烧室：应保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧

·柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合（2）汽油机燃烧室1）楔形燃烧室（视频）·结构紧凑，面容比小，爆燃的可能性小，火花塞处扫气方便，点火性能好，气门布置在斜面上，可增大进气面积，能形成一定的挤流，利于火焰的传播和燃料的燃烧，但工作粗暴。2）盆形燃烧室（视频）·结构简单，但面容比较大，HC排放较大，能形成一定的挤气面积，有利于火焰传播和燃料燃烧，工作柔和，缸盖的工艺性好。3）半球形燃烧室（视频）·结构紧凑，气门位于球面上，可增大进气面积，火花塞位于气门中间，火焰传播距离短，没有挤气面积，所以气缸内的气流运动较弱，容易实现多气门机构的布置。（3）柴油机燃烧室1）直喷式燃烧室（视频）·又称统一式燃烧室·燃烧室容积集中于活塞顶上的燃烧室凹坑内①ω型燃烧室·结构简单，燃烧室位于活塞顶，喷油器采用孔式喷油器，混合气的形成以空间雾化为主。②球形燃烧室·燃烧室位于活塞顶部的深坑内，采用单孔或双孔喷油器，混合气的形成以油膜蒸发为主。采用螺旋进气道形成强烈的进气涡流。2）分隔式燃烧室：·分为两个部分，主燃烧室位于活塞顶，而副燃烧室位于缸盖上，主副燃烧室通过通道相同，喷油嘴位于副燃烧室内。①涡流室燃烧室（视频）·主副燃烧室之间通过狭窄的切向通道相通，压缩行程中，空气从主燃烧室被挤入涡流室（副燃烧室）形成强烈有规则涡流运动，大部分柴油在涡流室内燃烧，形成二次涡流混合燃烧·燃油顺气流方向喷射·高速性能好，多用于轿车和轻型汽车的柴油机上②预燃室燃烧室（视频）·主副燃烧室之间的通道不是切向连接，且截面积较小·在压缩行程中，空气被挤入预燃室产生无规则紊流，并在预燃室顶部预先燃烧，小部分柴油在预燃室内燃烧，产生二次紊流混合完全燃烧。·燃油迎着气流方向喷射·三、气缸盖罩与气缸衬垫1.气缸盖罩·位置气缸盖上部

·功用起封闭及防尘作用

·材料一般为薄钢板冲压而成

·缸盖螺栓：用于固定缸盖，要求用规定力矩按规定顺序分2~3次拧紧2.气缸衬垫（视频）（1）功用：保持气缸密封不漏气，保持由机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。（2）要求：要有足够的强度；要耐压、耐热、耐腐蚀；要有弹性，补偿机体顶面和缸盖底面的粗糙度和不平度。（3）种类：按所用材料不同，可分为金属－石棉衬垫、金属－复合材料衬垫、全金属衬垫。

·金属－石棉衬垫：以石棉为基体，外包铜皮或钢皮；有的以钢丝或带孔钢板为骨架，外附石棉而成，气缸孔，油孔，水孔周围用金属包边。

·金属－复合材料衬垫：钢板的两面粘附耐热、耐压和耐腐蚀的新型材料。

·全金属衬垫：用优质的铝板或不锈钢叠片制成·四、油底壳1.功用：储存机油和封闭机体或曲轴箱。2.结构（视频）·一般用薄钢片冲压而成，或者用铝合金铸造而成，为了加强散热，通常铸有散热片，曲轴箱中部和后部通常做的深一些，内部有隔板，防治大量泡沫的产生，下部有放油螺塞。第07讲活塞连杆组·活塞·活塞环·活塞销·连杆组

·

活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆组等。

·一、活塞·活塞组主要包括活塞、活塞环、活塞销（视频）1.活塞的功用、工作条件、材料及要求（1）活塞的功用：

承受燃气压力并将此力传递给连杆、与气缸盖共同组成燃烧室（2）工作条件：高温、高压、高速往复直线运动·高温：与活塞顶部相接触的燃气温度最高达2273~2773K，活塞顶部的最高温度可达473~673K。材料的强度和硬度由于温度升高而降低，温度不均匀易产生热应力［裂纹］。

·高压：作功冲程中受到燃气的带冲击性的高压力的作用。柴油机瞬时最高压力6~9MPa，汽油机3~5MPa。导致活塞侧压力增大，加速活塞表面磨损，引起活塞变形。

·高速：在作往复运动时，活塞还承受本身所产生的往复惯性力侧压力。活塞由于受到上述周期性变化的燃气压力和惯性力的作用，各个部分就产生交变的拉伸，压缩和弯曲应力，使活塞容易变形。（3）材料及要求·要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小，减小受热时的变形；导热性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中大量磨损。

·材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。有的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。（4）成型方法·铸造：高温强度下降较小、成本低，易出现气孔、缩松等铸造缺陷。

·锻造：强度比铸造高、导热性较好，适用于强化发动机，制造成本高。

·液态模锻：兼顾锻造与铸造的特点，消除铸造缺陷且提高了毛坯质量。2.活塞的结构型式·根据所起作用的不同，可将活塞分为顶部、头部和裙部（1）活塞顶部·活塞顶部指活塞的顶面，它承受气体压力，并组成燃烧室。1）汽油机活塞顶部（视频）

多采用平顶、有些采用凹顶，二冲程汽油机多用凸顶。·平顶：吸热面积小、制造工艺简单。·凹顶：改善混合气形成和燃烧、调节压缩比。2）柴油机活塞顶部（视频）·多采用各种各样的凹坑·凹坑：形状、位置和大小必须与柴油机混合气形成或与燃烧室要求相适应。（2）活塞头部·活塞环槽以上部位。承受气体的压力，与活塞环一起实现气缸内气体的密封，将热量通过活塞环传给气缸壁。·环槽：用来安装气环和油环，一般气环槽有2－3个，油环槽为一个。

·隔热槽：活塞顶面和燃气接触，使活塞头部温度过高，导致气环损坏，造成漏气，因此有的发动机的活塞在第一到环的上方开一条隔热槽，改变热流方向，降低第一道环的温度。

·护圈：保护环槽，防止高温下损坏，一般为热负荷较高的发动机采用。护圈的材料一般为耐热且膨胀系数与铝合金接近的高锰奥氏体铸铁。（3）活塞裙部·

活塞环槽以下部位。在活塞运动的时候起导向作用并承受侧压力。1）活塞裙部变形·燃气使裙部弯曲变形，·侧压力使销座轴线方向增大使活塞工作时变成轴线沿活塞销轴线方向的椭圆形·热变形使销座轴线方向增大2）活塞裙部形状（视频）·冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形·二、活塞环1.活塞环功用、工作条件及材料（1）活塞环功用（视频）·气环功用：起到封气、导热，即防止高温、高压的燃气窜入曲轴箱，污染机油，同时将活塞顶所吸收的大部分热量传给缸壁的作用。·油环功用：刮除缸壁上多余的燃油，形成均匀的油膜，防止窜油，减小磨损。此外，起辅助封气作用（2）活塞环工作条件·高温高压高速及润滑条件极差·磨损严重，发动机零件中工作寿命最短（3）活塞环材料·一般活塞环多用优质灰铸铁、球墨铸铁或合金铸铁制造

·第一道活塞环甚至所有的环，其外表面进行多孔镀铬来减缓磨损

·其他的环多采用镀锡、磷化或硫化处理来提高磨合性2.气环结构与工作（视频）（1）气环密封原理·气环自由状态非圆，随活塞装入气缸后，靠气弹力紧贴在气缸壁上（F1），形成第一密封面。·同时，气环在燃气作用下被压向环槽下端面（F3），形成第二密封面。·另外，绕到环背后的燃气使气环更贴紧缸壁（F2），加强了第一密封面的密封效果·几道气环切口错开布置，这样形成迷宫式封气系统，这样，窜入曲轴箱内的燃气量已很少了（2）气环切口形状·直角型：工艺性好，密封性差·阶梯形：密封性好，工艺性差·斜切口：密封性和工艺性介于上述二者之间（3）气环断面形状1）矩形环·工艺性和导热效果较好·但产生泵油作用2）扭曲环·正扭曲环：扭曲成碟子形。包括内圆上边缘切槽及外圆下边缘切槽的气环·反扭曲环：扭曲成盖子形。内圆下边缘切槽的气环·扭曲环工作特点（视频）进气、压缩和排气行程：环扭曲，消除泵油现象，减轻磨损。作功行程：燃气压力作用使环不再扭曲，与矩形环相同3）锥面环·环的外圆面为锥面，理论上为线接触·活塞下行时：能刮油；·活塞上行时：锥面油楔作用浮起，减少磨损，不泵油·若扭曲环的外圆面为锥面则为扭曲锥面环，（正反扭曲锥面环）4）梯形环·断面为梯形，抗粘结性好，避免环被粘结而折断·侧向力换向活塞左右摆动时，梯形环的侧隙发生变化，将环槽中的胶质挤出·作功行程中，燃气径向压力加强了环的密封·缺点：上下面精磨工艺复杂5）桶面环·外圆面为外凸圆弧形·桶面环上下运动时均能形成楔形油膜，将环浮起，减轻环与气缸壁的磨损·其密封性、磨合性、对气缸表面的适应性都比较好·缺点：凸圆弧表面加工困难3.油环结构与工作（视频）（1）油环刮油原理·在油环径向方向开有贯穿的油孔或油槽，在活塞的油环槽内和环岸上开有许多排小孔和斜孔·当活塞下行时，刮下的油通过油环径向槽内的小孔或狭缝和环岸上的斜孔流入机体内·当活塞上行时，活塞环都贴在环槽下侧面，使气环与油环间的机油通过活塞环槽上的排油孔流入机体内（2）油环类型与结构1）普通油环·槽孔式油环

刮油靠油环自身弹力、外圆面加工环形集油槽、结构简单加工容易成本低·槽孔撑簧式油环

槽孔式油环内圆面加装撑簧、增大接触压力提高刮油能力耐久性2）钢带组合油环

接触压力大、刮油能力强、防机油上窜、上下刮片能单独动作、对气缸活塞变形适应能力强、优质钢成本高·三、活塞销1.活塞销功用、工作条件及材料（1）活塞销功用·连接活塞和连杆·将活塞承受的力传给连杆（2）活塞销工作条件·承受冲击载荷，润滑条件差，所以刚度，强度要求较高，韧性好，耐磨；质量要小，销和销孔适当的配合并要有好的表面质量（3）活塞销材料·低碳钢或低碳合金钢，外表面渗碳淬硬，再精磨和抛光。既提高表面硬度和耐磨性又保证较高强度和冲击韧性2.活塞销的结构(内孔形状)·圆柱形·两段截锥形·组合形·四、连杆组·连杆组的组成（视频）1.连杆组功用、工作条件及材料（1）连杆组功用（视频）·将活塞承受的力传给曲轴·并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动（2）连杆组工作条件·连杆小头与活塞销连接，同活塞一起作往复运动；连杆大头与曲柄销连接，同曲轴一起作旋转运动，因此连杆作复杂的平面运动·连杆组主要受到压缩、拉伸和弯曲交变载荷。最大压缩载荷出现在做功行程上止点附近，最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近。在压缩载荷和连杆组作平面运动时产生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可能发生弯曲变形·要求：刚度高，尤其是大头要有足够的刚度；疲劳强度要求，防止断裂；轻巧，减小惯性力（3）连杆组材料·连杆体、连杆盖：优质中碳钢和中碳合金钢，如45、42CrMo40Cr、40MnB

·连杆螺栓：优质合金钢，如40Cr、35CrMo2.连杆构造·连杆由连杆大头、连杆小头、连杆杆身等组成·有的柴油机杆身内还设有润滑油道（1）连杆小头（与活塞销连接方式）1）全浮式·青铜衬套（连杆衬套）以一定的过盈压入小头内部，工作时，活塞销可以在小头内作一定角度的摆动，而且还可在活塞销座孔内摆动·全浮式活塞销的连接方法，使活塞销磨损均匀，为防止活塞销两端刮伤气缸壁，在活塞销孔外侧装置活塞销档圈（卡环）2）半浮式·活塞销只在活塞销孔内转动，在小头孔内不转·用螺栓将活塞销夹紧在连杆小头孔内·另一种方法：首先将小头加热到300℃左右，再将活塞销压入小头孔中，不用紧固螺栓，从而避免了因过度拧紧二使活塞销变形（2）连杆杆身（视频）·杆身断面为工字形，刚度大，质量轻，适于模锻（3）连杆大头1）剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固）①平切口·结合面与连杆轴线垂直·这种剖分形式刚度大，变形小，加工简单，成本低，多应用于汽油机②斜切口·柴油机的曲柄销直径较大，所以连杆大头的尺寸相应较大，要使拆卸时能从气缸上断取出连杆体，必须采用斜切口·结合面与连杆轴线成30°~60°夹角，而且要有一定形式的定位机构2）定位方式（防止连杆盖横向移动）①平切口连杆·利用连杆螺栓上一段精密加工圆柱面与精密加工螺栓孔进行定位②斜切口连杆

连杆螺栓承受较大剪切力，易产生疲劳破坏，应采用能承受横向力的定位方法·止口定位

利用连杆盖与连杆体大端的止口进行定位，由止口承受横向剪切力

此方法工艺简单，加工方便，但容易造成大头尺寸增大，定位不可靠。·锯齿定位

在连杆体与连杆盖的结合面上拉处锯齿，依靠齿面实现横向定位

这种方法的优点是锯齿接触面大，贴合紧密，定位可靠，机构紧凑，因此应用广泛·套筒定位

在连杆盖上的每个连杆螺栓孔中，同心的压入刚度大、抗剪切的定位套筒，套筒外圆与连杆体大端的定位孔为高精度配合

这种定位方法的优点是多向定位，定位可靠；缺点是工艺要求高，若定位孔距不准，则会发生过定位而使大头失圆3.V型发动机连杆（1）并列连杆·两个完全相同的连杆一前一后地并列装在同一个曲柄销上，因此左右两列活塞的运动规律完全相同，前后连杆可以通用·但是增加了曲轴和发动机长度（2）主副连杆·副连杆通过销轴铰接在主连杆体或主连杆盖上。一列气缸装主连杆，一列气缸装副连杆·这种结构主副连杆不能互换，且副连杆对主连杆作用以附加弯矩·两列气缸中活塞的运动规律和上止点位置均不相同·但发动机的长度可缩短（3）叉形连杆·一列气缸的连杆大头为叉形，另一列气缸的连杆则插在叉形连杆大头的开裆中·优点是两列气缸中活塞的运动规律相同·但结构复杂，制造和维修困难，且刚度差第08讲曲轴飞轮组·曲轴

·曲轴前后端油封

·曲轴扭转减震器·飞轮·曲轴轴承·曲轴平衡机构·曲轴飞轮组包括曲轴、曲轴轴承、飞轮、曲轴油封、曲轴扭转减震器、曲轴平衡机构等。

·一、曲轴1.曲轴功用、工作条件、材料及要求（1）曲轴的功用（视频）·将活塞的直线往复运动转化为曲轴的旋转运动·驱动配气机构和其它辅助装置（2）工作条件·曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷。因此，曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴径应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴径的润滑应该充分（3）材料及要求·一般由45、40Cr、35Mn2等中碳钢和中碳合金钢模锻而成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。有的柴油机采用球墨铸铁曲轴，价格便宜，耐磨性好，轴颈不需硬化处理。

·为提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面应进行喷丸处理，圆角处要经滚压处理。2.曲轴构造·曲轴由若干个单元曲拐组成。一个曲柄销（连杆轴颈）、左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐·装正时齿轮的一端称为自由端（前端），另一端用来装飞轮，称为输出端（后端）（1）曲轴分类1）按单元曲拐连接方式分类·整体式曲轴（视频）

各单元曲拐锻制或铸造成一个整体的曲轴。工作可靠，质量轻，结构简单。·组合式曲轴

由单元曲拐组合装配而成的曲轴。单元曲拐便于制造，使用中损坏可以更换，不必将整根轴报废，但拆装不便2）按主轴颈数分类·全支撑曲轴（视频）

在相邻的两个曲拐间都有主轴颈的曲轴。优点是抗弯能力强，但主轴颈多，加工表面多，曲轴长。（如上述的整体式曲轴）·非全支撑曲轴（视频）

主轴颈数少于全支撑的曲轴，其优缺点与全支撑曲轴相反。（如左图）（2）单元曲拐结构·主轴颈和曲柄销一般是实心，曲柄臂一般是椭圆形·部分锻钢曲轴曲柄销空心，减小曲柄销质量及其产生的旋转惯性力·部分铸铁曲轴主轴颈和曲柄销铸成空心。空心的连杆轴颈，与主轴颈之间有油孔相连。或空心的连杆轴颈的润滑靠来自主轴颈的润滑油经压入曲轴的油管而实现（3）曲轴润滑（视频）·主轴颈与主轴承间的润滑油来自于气缸体的润滑油道，最终从发动机润滑系统而来·连杆轴颈与连杆轴承间的润滑油通过曲轴中的油道来自于主轴颈与主轴承间的润滑油（4）曲轴平衡重1）曲轴平衡重的作用

·旋转惯性力及其力矩外部平衡：F1=F2F3=F4；M1-2=M3-4

·旋转惯性力及其力矩内部不平衡：M1-2、M3-42）平衡重作用方法·完全平衡法：每个曲柄臂设有平衡重；平衡重数量多，曲轴质量增加，工艺性变差

·分段平衡法：部分曲柄臂设有平衡重3）平衡重形状及安装方法·平衡重形状：多为扇形，使其重心远离曲轴回转中心；以较小质量获得较大旋转惯性力

·平衡重安装方法：与曲柄臂锻或铸成一体（图左）；单独制成零件，用螺栓紧固在曲柄臂上（图中、右）3.曲拐布置与发动机工作顺序

各曲拐的相对位置或曲拐布置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。当气缸数和气缸排列形式确定之后，曲拐布置就取决于发动机工作顺序。在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点：

·应该使连接做功的两个气缸相距尽可能远，以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现象

·各缸发火的间隔时间应该相同

·V型发动机左右两列气缸应交替发火（1）直列四缸发动机工作循环·发火间隔角为：720°/4＝180°

·工作顺序为：1－2－4－3或1－3－4－2（2）直列六缸发动机工作循环·发火间隔角为：720°/6＝120°

·工作顺序为：1－5－3－6－2－4

或1－4－2－6－3－5（3）V8发动机工作循环·发火间隔角为：720°/8＝90°

·工作顺序为：R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2

或L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R14.曲轴前端驱动（视频）·曲轴前端驱动配汽机构、动力转向泵、发电机、空调压缩机、水泵、机油泵等等·二、曲轴前后端油封1.曲轴前端的密封·曲轴前端借助甩油盘和橡胶油封实现密封·发动机工作时，落在甩油盘上的机油，在离心力的作用下被甩到定时传动室盖的内壁上，再沿壁面流回油底壳·即使有少量机油落到甩油盘前面的曲轴上，也会被装在定时传动室盖上的自紧式橡胶油封挡住2.曲轴后端密封·由于近年来橡胶油封的耐油、耐热和耐老化性能的提高，再现代汽车发动机上曲轴后端的密封愈来愈多的采用与曲轴前端一样的自紧式橡胶油封·自紧式油封由金属保持架、氟橡胶密封环和拉紧弹簧构成3.曲轴油封（视频）·三、曲轴扭转减震器1．曲轴扭转减震器的功用·概念：当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动·危害：当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成倍数时，就会发生共振。共振时扭转振幅加大，并导致传动机构磨损加剧，发动机功率下降，甚至使曲轴断裂·功用：为了消减曲轴的扭转振动，现代发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减震器2．橡胶扭转减震器·震器壳体与曲轴连接，减震器壳体与扭转振动惯性质量粘结在硫化橡胶层上。·发动机工作时，减震器壳体与曲轴一起振动，由于惯性质量之后于减震器壳体，因而在两者之间产生相对运动，使橡胶层来回揉搓，振动能量被橡胶的内摩擦阻尼吸收，从而使曲轴的扭振得以消减3．硅油扭转减震器·由钢板冲压而成的减震器壳体与曲轴连接。侧盖与减震器壳体组成密封腔，其中滑套着扭转振动惯性质量。惯性质量与密封腔之间留有一定的间隙，里面充满高粘度硅油·当发动机动作时，减震器壳体与曲轴一起旋转、一起振动，惯性质量则被硅油的粘性摩擦阻尼和衬套的摩擦力所带动。由于惯性质量相当大，因此它近似作匀转动，于是在惯性质量与减震器壳体间产生相对运动。曲轴的振动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收，使扭振消除或减轻3.曲轴减震器（视频）·四、飞轮1.飞轮功用·能量存储器，保证发动机运转平稳

·摩擦式离合器的主动件

·轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈

·刻有上止点记号，用于调整点火正时、喷油正时或配气正时2．飞轮的结构（视频）·盘形零件

·轮缘较宽厚以获得较大的转动惯量·与曲轴一起进行动平衡，用定位销将飞轮紧固

·多用灰铸铁制造，也有球墨铸铁或铸钢·五、曲轴轴承1.主轴承和连杆轴承（视频）（1）载荷及材料要求·连杆轴承和主轴承均承受交变载荷和高速摩擦，因此轴承材料必须具有足够的抗疲劳强度，而且要摩擦小、耐磨损和耐腐蚀（2）结构和材料·连杆轴承和主轴承均由上下两片轴瓦对合而成。每一片轴瓦都是由钢背和减磨合金层或钢背、减磨合金层和软镀层构成，在轴承和轴颈间会形成很薄的润滑油膜，能承受很大的负荷（视频）·轴瓦一般是等壁厚的，但也有变厚度轴瓦，多用于强化程度较高的发动机

·轴瓦在自由状态时，两个结合面外端的距离比轴承孔的直径大，其差值称为轴瓦的扩张量。在装配时，轴瓦的圆周过盈变成径向过盈，对轴承孔产生径向压力，使轴瓦紧密贴合在轴承孔内

·在轴瓦的结合端冲压出定位唇，在轴承孔中加工有定位槽。以便装配时有正确的定位

·通过连杆小头喷油孔喷油冷却活塞的发动机，在主轴承和连杆轴承的上下轴瓦上均加工有环形油槽和油孔，以便不间断的向连杆小头喷孔供油（3）主轴承（4）连杆轴承2.曲轴止推轴承（视频）（1）功用·保证曲轴轴向定位（2）翻边轴承·轴瓦止推面与曲轴止推面之间隙:0.06~0.25mm（3）半圆环止推片·一般为四片，上下各两片，分别安装在机体和主轴承盖上的浅槽中，用定位舌或定位销定位，防止其转动·装配时，需将有减磨合金层的止推面朝向曲轴的止推面，不能装反（4）止推轴承环·止推轴承环为两片止推圆环，分别安装在第一主轴承盖的两侧·六、平衡机构1.平衡机构功用·平衡往复惯性力及其力矩（现代轿车重视乘坐舒适性和噪声水平）·比较曲柄臂平衡重：平衡旋转惯性力及其力矩·平衡状况：与气缸数、气缸排列形式及曲拐布置形式等因素有关2.往复惯性力·Fj=FjⅠ+FjⅡ·FjⅠ：一阶往复惯性力（与曲轴转角余弦成正比）·FjⅡ：二阶往复惯性力与二倍曲轴转角余弦成正比3.双轴平衡机构·平衡二阶往复惯性力（1）链传动双轴平衡机构（2）齿轮传动双轴平衡机构4.单轴平衡机构·平衡一阶往复惯性力矩第09讲配气机构的传动及配气相位

·配气机构的功用和组成·配气相位·气门间隙·一、配气机构的功用与组成1.配气机构的功用·按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气或空气得以及时进入气缸，废气得以从气缸及时排除2.配气机构的组成（视频）·气门组：气门、气门座、气门弹簧、气门导管等

·气门传动组：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂组等3.充气效率（1）充气效率ηv=M/M0

·M：在进气行程中实际进入气缸内新气质量

·M0：在进气系统进口状态下，充满气缸工作容积的新气质量

（2）对充气效率的分析

·ηv<1（一般为0.8~09）

（3）提高ηv方法

·减少进气和排气阻力

·进排气门的开启时刻和持续开启时间适当4.配气机构的类型

（1）气门布置形式·气门顶置式：气门安置在气缸盖上，最常用

·气门侧置式：气门安置在气缸体上，目前已不采用（2）凸轮轴布置位置1）凸轮轴上置式（视频）·凸轮轴安置在气缸盖上，轿车发动机常用

·主要优点：运动件少，凸轮轴至气门的传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机

·主要缺点：凸轮轴与曲轴传动距离较远，一般用齿形带传动或链传动2）凸轮轴下置式（视频）

·凸轮轴位于曲轴箱内

·主要优点：凸轮轴离曲轴较近，一般用一对齿轮驱动

·主要缺点：运动件多，凸轮轴至气门的传动链长，整个机构的刚度差，多用于较低转速发动机3）凸轮轴中置式·凸轮轴位于气缸体上部

·与凸轮轴下置式相比：减少了推杆（或推杆较短），从而减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度，更适用于较高转速发动机（3）凸轮轴传动方式1）齿形带传动式·用于上置式凸轮轴的传动

·主要优点：噪声小、质量轻、成本低、工作可靠、不需要润滑；齿形带伸长量小，适合有精确定时要求的传动；轿车发动机多采用

·正时皮带（视频）2）链传动式（视频）·用于中置式和上置式凸轮轴的传动，尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用较多3）齿轮传动式·用于下置式和中置式凸轮轴的传动

·汽油机只用一对定时齿轮，即曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮

·柴油机还需要驱动喷油泵，所以增加一个中间齿轮（4）气门驱动形式1）摇臂驱动式（视频）·如图为摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构；凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门

·还可以是凸轮轴推动挺柱，挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门2）摆臂驱动式（视频）·如图为摆臂驱动、双凸轮轴上置式配气机构

·摆臂驱动比摇臂驱动刚度更好，更有利于高速发动机，在轿车发动机上应用广泛3）直接驱动式（视频）·如图为直接驱动、凸轮轴上置式配气机构，凸轮通过挺柱驱动气门

·直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小，在高度强化的轿车发动机上应用广泛（5）每缸气门数及其排列方式（视频）1）两气门式

·一般发动机每个气缸有2个气门：一个进气门和一个排气门。称两气门发动机2）多气门式·现代高性能汽车发动机普遍采用每缸3、4、5个气门，以四气门发动机为最多。

·优点：气门通过断面积大，进排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高·二、配气相位1.配气定时(配气相位)（1）配气定时：以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间·进气提前角α：从进气门开到上止点曲轴所转过的角度·进气迟后角β：从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度·排气提前角γ：从排气门开启到下止点曲轴转过的角度·排气迟后角δ：从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度2.配气相位图（视频）（1）配气相位图：上、下止点曲拐位置时的配气定时曲轴转角环形图·进气时：进气门提前α角打开，滞后β角关闭。进气时间为：α+180°+β·排气时：排气门提前γ角开启，滞后δ角关闭，排气时间为：γ+180°+δ·气门重叠：活塞在排气上止点附近出现进、排气门同时开启的现象·气门重叠角：重叠期间的曲轴转角称为气门重叠角，它等于进气提前角与排气迟后角之和α+δ·三、气门间隙1.气门间隙概念·冷态时，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙

·气门间隙过小：漏气、气门烧坏

·气门间隙过大：传动零件之间、气门和气门座之间撞击严重，加速磨损2.气门间隙的调整（1）气门间隙调整螺钉（视频）·在摇臂或摆臂上驱动气门的一端，安装有气门间隙调整螺钉及其锁紧螺母，用扳手松开锁紧螺母，用改锥调整气门间隙调整螺钉，同时用塞规测试气门间隙符合标准，再用锁紧螺母紧固调整螺钉

·如广州本田雅阁发动机气门间隙：进气门:0.26±0.02mm；排气门:0.30±0.02mm（2）气门间隙调整块（视频）·摆臂驱动气门时，以摆臂支座为支点，在摆臂上需要装设气门间隙调整螺钉或气门间隙调整块

·在许多用其门间隙自动补偿器代替摆臂支座，实现零气门间隙（不用调整气门间隙）·有些发动机用上置双凸轮轴直接驱动气门时，凸轮通过气门间隙调整块推动机械挺柱，再驱动气门3.零气门间隙（视频）·当采用液压挺柱时，由于液压挺柱的长度可自调，可以不留气门间隙。安装以下装置时也为零气门间隙。

·吊杯形液压挺柱

·摆臂与气门间隙自动补偿器

·摇臂与液压气门导筒第10讲配气机构主要零部件

·配气机构的零件和组件·可变配气正时及气门升程机构·一、配气机构的零件和组件（一）气门组1.气门组组成及要求（1）组成·有的进气门还设有气门旋转机构（2）要求·气门头部与气门座贴合严密·气门导管与气门杆导向良好·气门弹簧两端与气门杆的中心垂直·气门弹簧的弹力足够2.气门（视频）

（1）气门的工作条件及材料1）气门的工作条件·气门工作温度很高（进气门：300~400℃，排气门：600~800·承受气缸压力、弹簧力、传动组零件惯性力·冷却和润滑条件差、易受腐蚀2）气门的材料·足够的强度刚度、耐热、耐磨能力·进气门：合金钢(铬钢或镍铬钢)·排气门：耐热合金钢(硅铬钢)。有的排气门头部用耐热合金钢；杆部用铬钢（2）气门构造1）气门顶面·平顶：结构简单、制造方便、受热面积小、质量小；目前应用最多。进排气门均可用·凹顶：头部与杆部有较大的过渡圆弧，可以减小进气阻力；头部弹性较大，能较好适应气门座圈的变形。适用于进气门，不宜用于排气门·凸顶：头部刚度大，排气阻力小；但受热面积大，质量大，加工较复杂。适用于排气门2）气门锥面（视频）·气门锥角：气门锥面与气门顶面之间的夹角。一般为45°，少数进气门为30°·较小气门锥角：气门通过断面较大，进气阻力较小，可以增加进气量。但气门头部边缘较薄，刚度较差，致使密封性变差·较大气门锥角：可提高气门头部边缘的刚度，气门落座时有较好的自动对中作用及较大的接触压力。有利于密封与传热及挤掉密封锥面上的积炭3）气门传热（视频）·气门头部接受的热量，一部分经气门座圈传给气缸盖，另一部分通过气门杆和气门导管也传给气缸盖，最终被气缸盖水套中的冷却液带走·气门密封锥面必须严密贴合：研磨气门与气门座圈·气门杆与气门导管配合间隙小：减少热阻4）特殊气门·中空气门杆气门：减轻气门质量，减小气门运动惯性力，应用某些高度强化发动机·充钠排气门：冷却效果明显，应用某些风冷和轿车发动机。钠熔点：97.8℃，沸点：880℃（3）每缸气门数（视频）1）两气门：进气门比排气门大，减小进气阻力

增大进气量2）多气门：现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门·3气门：2个进气门，1个排气门,排气门比进气门大，进气量有明显增加，火花塞很难布置在中央,对燃烧不利·4气门和5气门：其中尤以四气门发动机为数最多3.气门座与气门座圈（1）气门座的功用·与气门配合对气缸起密封作用·接受气门传来的热量进行散热（2）气门座的工作条件及材料·工作条件：工作温度很高，承受频率极高的冲击载荷，容易磨损(3)气门座圈（视频）·气门座圈(铝气缸盖和多数铸铁缸盖)材料：合金铸铁、粉末冶金、奥氏体钢·部分铸铁缸盖不镶气门座圈4.气门导管（1）气门导管的功用·对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门和气门座能正确贴合

·将气门杆接受的热量部分传给气缸盖（2）气门导管的工作条件及材料·工作条件：工作温度较高，润滑条件较差(靠配气机构飞溅机油润滑)，容易磨损

·材料：灰铸铁，球墨铸铁，铁基粉末冶金（3）气门导管结构（视频）·与气缸盖承孔过盈配合，有的发动机不设气门导管

·有的气门导管设有卡环槽：防松落

·有的排气气门导管设有排渣槽：清除沉积物和积炭5.气门油封（1）气门油封的功用·气门杆与气门导管孔需要润滑，机油又不能太多，否则机油消耗量增加

·为了控制和减少机油消耗量，现代汽车发动机装有气门油封（2）气门油封的工作（视频）6.气门弹簧（1）气门弹簧的功用（视频）·保证气门关闭时能紧密地与气门座贴合。

·克服在气门开启时配气机构产生的惯性力

·使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离（2）气门弹簧的工作条件及材料1）工作条件·承受交变载荷

·为保证其可靠的工作，应具有合适的刚度和足够的抗疲劳强度

·避免弹簧锈蚀

·两端面必须磨光并与轴线垂直2）材料·优质冷拔弹簧钢丝如高碳锰钢、铬钒钢等并经热处理

·钢丝表面抛光处理

·表面镀锌、磷化（3）气门弹簧结构

等螺距圆柱形螺旋弹簧：会发生共振。防止共振发生，采取如下结构措施：·变螺距气门弹簧：螺距小端向缸盖顶面

·锥形气门弹簧：弹簧大端向缸盖顶面

·双气门弹簧：弹簧旋向相反

·气门弹簧振动阻尼器（二）气门传动组1.气门传动组组成·凸轮轴下置式（视频）：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等·凸轮轴上置式（视频）：凸轮轴、挺柱、摇臂和摇臂轴等·凸轮轴上置直接驱动气门式：凸轮轴、挺柱等2.凸轮轴（1）凸轮轴的功用（视频）·配置有各缸进、排气凸轮，使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭（2）凸轮轴的工作条件及材料1）工作条件·承受周期性的冲击载荷

·表面磨损比较严重2）要求·要求表面耐磨，足够韧性刚度

·由优质碳钢或合金钢锻造

·用合金铸铁或球墨铸铁铸造

·凸轮表面经热处理后磨光（3）凸轮轴结构·4缸发动机凸轮轴（如图）1）凸轮轮廓（视频）

控制进排气门开闭时刻、持续时间及开闭的速度·r0：实际基圆半径

·r′0:理论基圆半径

·AB/DE：缓冲段，气门运动速度小，防止强烈冲击

·BCD：工作段

·挺柱：A点开始升起，E点停止运动

·气门：最迟在B点开始升起，最早在D点完全关闭2）同名凸轮的相对位置

与凸轮轴的旋转方向、发动机点火顺序、气缸数、作功间隔角有关①四缸机:

·发火顺序：1-3-4-2

·作功间隔角：180°曲轴转角(90°凸轮轴转角)

·同名凸轮夹角：90°②六缸机:

·发火顺序：1-5-3-6-2-4

·作功间隔角：120°曲轴转角(60°凸轮轴转角)

·同名凸轮夹角：60°（4）凸轮轴传动机构定时记号（视频）3.挺柱（1）挺柱的功用（视频）·是凸轮的从动件，将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门（2）挺柱的工作条件及材料1）工作条件·摩擦和磨损都相当严重

·承受凸轮侧向力而偏磨2）材料·挺柱工作面应耐磨损并得到良好润滑

·碳钢合金钢镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁（3）机械挺柱的结构形式·球面挺柱·平面挺柱·滚子挺柱（4）减轻挺柱底面磨损的结构措施·挺柱轴线偏离凸轮的对称轴线·凸轮工作面为锥角很小的锥面（5）液压挺柱（视频）·零气门间隙

·结构复杂

·加工精度高

·磨损后无法调整，只能更换4.摇臂（1）摇臂的功用（视频）·将推杆或凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启（2）摇臂的工作条件及材料1）工作条件·承受很大弯矩

·足够强度

·足够刚度

·较小质量2）材料·锻钢

·铸铁

·铝合金（3）摇臂结构·与其他零部件的连接关系·二、可变配气正时及气门升程机构（雅阁VTEC）1.VTEC功用·VTEC使配气正时和气门升程根据发动机转速变化作出相应的实时调整，使气缸的充气量同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要，从而提高了发动机的动力性和经济性2.低转速下VTEC原理·正时活塞无油压作用

·同步活塞在图示位置

·主、辅摇臂分别由主、辅进气凸轮驱动

·主进气门按正常的时间和高度开启

·辅助进气门由于辅助凸轮的高度小而稍稍打开，以防止燃油阻塞进气口

·中间进气摇臂由中间凸轮驱动，但对进气门的开启无任何作用

·进排气门重叠角和升程都较小，满足了低速工况的需要3.高转速下VTEC原理·ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开

·来自机油泵的油压作用于正时活塞，使正时活塞和同步活塞右移

·同步活塞将3个摇臂连锁，成为一体

·主、辅助进气摇臂均由中间凸轮驱动，从而改变了配气正时

·增大了进排气门重叠角和升程，适应了高速工况的需要第11讲化油器式汽油机燃料供给系·汽油机供给系的组成

·汽油供给装置·可燃混合气的形成和简单化油器·一、汽油机供给系的组成1.汽油机供给系的功用·根据发动机工况配制合适的可燃混合气（按一定比例混合的汽油空气混合物），供给气缸·将燃烧产物排至大气中2.化油器式发动机燃油供给系统组成·汽油供给装置：油箱（储存燃油），汽油泵（泵油），油管（输送），汽油滤清器（清洁）·空气供给装置：空气滤清器，轿车上进气消声器·可燃混合气形成装置：化油器·可燃